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电动汽车动力电池管理系统详解
来源:本站整理  作者:佚名  2017-05-08 12:30:28

    在电动汽车上,电能是“不可视”的能源,从充电将电能输人动力电池组,再到电能转换到由驱动电动机的动力的每个环节上,全部只能用电压表、电流表等来计量,电能在输送过程中还会受到线路上电阻、电感、电容、温度等的影响。此外,电池本身的极化现象、充放电特性、不一致性、温度特性等因素,都具有复杂、非线性的变化,使得电池管理系统变得非常复杂和多变。

    一、电池管理系统的主要功能
    动力电池组的管理系统(BMS)是整车能源管理系统的一个子系统,为保护动力电池的电力性能,合理地使用并管理电池组的电能,为电动汽车驾驶员提供并显示动力电池组的动态变化参数等,是电动汽车节能、减排和延长电动汽车续驶里程的一个重要的管理机构,其基本功能见表9。

    二、电池的等效电路模型

    电池在放电过程中,存在极化现象,并存在由于电池性能、充电方式、放电方式以及单体电池之间存在“不一致”等变数,一般采用电池的等效电路模型来描述电池的超电势、开路电压、电池内阻、温度影响、循环寿命、自放电等,对于不同类型的电池组可以选用不同的等效电路模型,描述电池参数的动态变化过程。可以辨识电池的参数实时变化情况,可以在电池的电荷状态SC)C的范围内建模,模型可以使用数学方程表达,并应用于电动汽车的系统仿真。
    电池的性能模型具有功率输出型和电流输出型,在电动汽车仿真中大多采用功率输出型的电池性能模型。用电池性能等效动力模型来描述电池的外特性,是电动汽车系统仿真中的重要方法。
    (1) Rint等效电路模型Rint等效电路模型(又称为内阻模型)是电池的基本电路模型,由美国爱达荷国家实验室提出,用理想电压源U0c与电池的内阻Rb来描述电池的特性。电压源U0c与电池的内阻Rb是SOC和电池温度的函数,在相同的SOC条件时,充电的内阻和放电的内阻是不同的。Rint等效电路模型已经在ADVISOR仿真软件中运用,但是,该模型未考虑随电池的工作条件变化对SOC的变化的影响,模型准确性较差(图46)。

    (2) Thrvenin等效电路模型Thrvenin等效电路模型是电池的基本电路模型,用理想电压源U0c,串接电容Cp及电阻R、)共同组成的并联电路(用以描述过电压)和电池的内阻Rb(用以描述开路电压)来描述电池的特性(图47) 。

    Thrvenin等效电路模型同时考虑到电路容性与阻性的特点,是具有代表性的电池电路模型。但Thrvenin等效电路模型未考虑随电池的工作条件变化和SOC的变化的影响,所以,准确性也较差。
    (3) PNGV等效电路模型PNGV等效电路模型是一种非线性模型(图48)。  PNGV等效电路模型用理想电压源U0c,电池正极和极化电容Cb)及欧姆内阻R0串联,极化电容Cb描述负载电流的时间累训‘产生的开路电压变化。电池上的负极串接采用极化电容C。和极化电阻Rp并联组成电路(用以描述过电压)。Ip是极化电阻上的电流。PNGV等效电路模型得到比较广泛的运用。

    (4) RC等效电路模型RC等效电路模型是法国SAFT电池公司设计的等效电路模型(图49)。该模型采用两个电容与二个电阻组成。大电容Cb描述为电池的储能能力,和充放电时电池的内阻R cb串联;Icp是通过大电容的电流。小电容Ce。描述电池极化表面效应,和电池的容性内阻Rce串联;Ic。为通过小电容和内阻Rc。的电流。两股电路并联后和欧姆内阻R0串联,共同输出的电流为Ib。RC等效电路模型中的负极定义为零电动势。RC等效电路模型已经在ADVISOR仿真软件中运用。

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